ترانزیستور اثر میدانی نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFET، MOS-FET یا MOS FET) نوعی ترانزیستور اثر میدانی (FET) است که معمولاً توسط اکسیداسیون کنترل شده سیلیکون ساخته می شود. دارای یک دروازه عایق است که ولتاژ آن رسانایی دستگاه را تعیین می کند.
ویژگی اصلی آن این است که یک لایه عایق دی اکسید سیلیکون بین دروازه فلزی و کانال وجود دارد، بنابراین مقاومت ورودی بالایی دارد (تا 1015Ω). همچنین به لوله N-channel و P-channel لوله تقسیم می شود. معمولاً بستر (substrate) و منبع S به هم متصل می شوند.
با توجه به حالت‌های مختلف هدایت، ماسفت‌ها به نوع افزایش و نوع تخلیه تقسیم می‌شوند.
به اصطلاح نوع افزایش به این معنی است: هنگامی که VGS=0، لوله در حالت قطع است. پس از افزودن VGS صحیح، اکثر حامل ها به سمت دروازه جذب می شوند، بنابراین حامل ها در این ناحیه "تقویت" می کنند و یک کانال رسانا تشکیل می دهند. .
حالت تخلیه به این معنی است که وقتی VGS=0 یک کانال تشکیل می شود. هنگامی که VGS صحیح اضافه می شود، اکثر حامل ها می توانند از کانال خارج شوند، بنابراین حامل ها "تهی" شده و لوله خاموش می شود.
دلیل را تشخیص دهید: مقاومت ورودی JFET بیش از 100MΩ است، و رسانایی بسیار بالا است، هنگامی که دروازه هدایت می شود، میدان مغناطیسی فضای داخلی برای تشخیص سیگنال داده ولتاژ کاری روی دروازه بسیار آسان است، به طوری که خط لوله تمایل دارد تا، یا تمایل به روشن-خاموش بودن دارد. اگر بلافاصله ولتاژ القایی بدنه به گیت اضافه شود، زیرا تداخل الکترومغناطیسی کلیدی قوی است، وضعیت فوق قابل توجه تر خواهد بود. اگر سوزن متر به شدت به سمت چپ منحرف شود، به این معنی است که خط لوله به سمت بالا تمایل دارد، مقاومت منبع تخلیه RDS منبسط می شود و مقدار جریان منبع تخلیه IDS را کاهش می دهد. برعکس، سوزن متر به شدت به سمت راست منحرف می شود، که نشان می دهد که خط لوله تمایل به خاموش و روشن شدن دارد، RDS پایین می آید و IDS بالا می رود. با این حال، جهت دقیقی که سوزن کنتور در آن منحرف می شود باید به قطب های مثبت و منفی ولتاژ القایی (ولتاژ کاری جهت مثبت یا ولتاژ کاری جهت معکوس) و نقطه میانی خط لوله بستگی داشته باشد.
ماسفت WINSOK DFN3x3
با در نظر گرفتن کانال N به عنوان مثال، روی یک بستر سیلیکونی نوع P با دو ناحیه انتشار منبع بسیار دوپ شده N+ و ناحیه انتشار درین N+ ساخته شده است و سپس الکترود منبع S و الکترود تخلیه D به ترتیب به بیرون هدایت می شوند. منبع و بستر به صورت داخلی به هم متصل هستند و همیشه پتانسیل یکسانی را حفظ می کنند. هنگامی که تخلیه به ترمینال مثبت منبع تغذیه وصل شود و منبع به ترمینال منفی منبع تغذیه و VGS=0 وصل شود، جریان کانال (یعنی جریان تخلیه) ID=0. همانطور که VGS به تدریج افزایش می یابد، جذب ولتاژ دروازه مثبت، حامل های اقلیت دارای بار منفی بین دو منطقه انتشار القا می شوند و یک کانال نوع N را از درین به منبع تشکیل می دهند. هنگامی که VGS بزرگتر از ولتاژ روشن VTN لوله است (به طور کلی حدود 2 ولت)، لوله کانال N شروع به هدایت می کند و شناسه جریان تخلیه را تشکیل می دهد.
VMOSFET (VMOSFET)، نام کامل آن V-groove MOSFET است. این یک دستگاه سوئیچینگ برق با راندمان بالا و تازه توسعه یافته پس از MOSFET است. این نه تنها امپدانس ورودی بالای MOSFET (≥108W) را به ارث می برد، بلکه جریان حرکتی کوچک (حدود 0.1μA) را نیز به ارث می برد. همچنین دارای ویژگی های عالی مانند ولتاژ مقاومت بالا (تا 1200 ولت)، جریان عملیاتی زیاد (1.5 آمپر تا 100 آمپر)، توان خروجی بالا (1 ~ 250 وات)، خطی بودن رسانایی خوب و سرعت سوئیچینگ سریع است. دقیقاً به این دلیل که مزایای لوله های خلاء و ترانزیستورهای قدرت را ترکیب می کند، به طور گسترده در تقویت کننده های ولتاژ (تقویت ولتاژ می تواند به هزاران بار برسد)، تقویت کننده های قدرت، منابع تغذیه سوئیچینگ و اینورترها استفاده می شود.
همانطور که همه ما می دانیم، دروازه، منبع و تخلیه یک ماسفت سنتی تقریباً در همان صفحه افقی روی تراشه قرار دارند و جریان عملیاتی آن اساساً در جهت افقی جریان دارد. لوله VMOS متفاوت است. این دارای دو ویژگی ساختاری اصلی است: اول، دروازه فلزی یک ساختار شیار V شکل دارد. دوم اینکه رسانایی عمودی دارد. از آنجایی که زهکش از پشت تراشه کشیده می شود، ID به صورت افقی در امتداد تراشه جریان نمی یابد، بلکه از ناحیه N+ بسیار دوپ شده (منبع S) شروع می شود و از طریق کانال P به ناحیه N-drift کمی دوپ شده جریان می یابد. در نهایت، به صورت عمودی به سمت پایین می‌رسد تا تخلیه D شود. چون سطح مقطع جریان افزایش می‌یابد، جریان‌های زیادی می‌توانند از آن عبور کنند. از آنجایی که یک لایه عایق دی اکسید سیلیکون بین گیت و تراشه وجود دارد، همچنان یک ماسفت گیت عایق است.
مزایای استفاده:
ماسفت یک عنصر کنترل شده با ولتاژ است، در حالی که ترانزیستور یک عنصر کنترل شده با جریان است.
ماسفت ها باید زمانی استفاده شوند که فقط مقدار کمی جریان از منبع سیگنال گرفته شود. ترانزیستورها باید زمانی استفاده شوند که ولتاژ سیگنال کم باشد و جریان بیشتری از منبع سیگنال گرفته شود. ماسفت از حامل های اکثریت برای هدایت الکتریسیته استفاده می کند، بنابراین دستگاه تک قطبی نامیده می شود، در حالی که ترانزیستورها از حامل های اکثریت و حامل های اقلیت برای هدایت الکتریسیته استفاده می کنند، بنابراین دستگاه دوقطبی نامیده می شود.
منبع و تخلیه برخی از ماسفت ها را می توان به جای یکدیگر مورد استفاده قرار داد و ولتاژ گیت می تواند مثبت یا منفی باشد که باعث انعطاف پذیری آنها نسبت به تریودها می شود.
ماسفت می تواند تحت شرایط جریان بسیار کم و ولتاژ بسیار کم کار کند و فرآیند تولید آن می تواند به راحتی بسیاری از ماسفت ها را روی یک تراشه سیلیکونی ادغام کند. بنابراین، ماسفت به طور گسترده در مدارهای مجتمع در مقیاس بزرگ استفاده شده است.
ماسفت Olueky SOT-23N
ویژگی های کاربردی مربوطه ماسفت و ترانزیستور
1. منبع s، گیت g و تخلیه d ماسفت به ترتیب با امیتر e، پایه b و کلکتور c ترانزیستور مطابقت دارد. عملکرد آنها مشابه است.
2. MOSFET یک دستگاه جریان کنترل شده با ولتاژ است، iD توسط vGS کنترل می شود و ضریب تقویت آن در gm به طور کلی کوچک است، بنابراین قابلیت تقویت MOSFET ضعیف است. ترانزیستور یک دستگاه جریان کنترل شده با جریان است و iC توسط iB (یا iE) کنترل می شود.
3. دروازه ماسفت تقریبا هیچ جریانی نمی کشد (ig»0). در حالی که پایه ترانزیستور همیشه جریان خاصی را هنگام کار ترانزیستور می کشد. بنابراین مقاومت ورودی گیت ماسفت از مقاومت ورودی ترانزیستور بیشتر است.
4. MOSFET از چند حامل درگیر در رسانایی تشکیل شده است. ترانزیستورها دارای دو حامل، چند حامل و حامل اقلیت هستند که در رسانایی نقش دارند. غلظت حامل های اقلیت به شدت تحت تأثیر عواملی مانند دما و تشعشع است. بنابراین، ماسفت ها نسبت به ترانزیستورها از پایداری دمایی بهتر و مقاومت در برابر تشعشع قوی تری برخوردار هستند. ماسفت ها باید در جایی استفاده شوند که شرایط محیطی (دما و غیره) بسیار متفاوت است.
5. هنگامی که فلز منبع و زیرلایه ماسفت به یکدیگر متصل می شوند، منبع و تخلیه می توانند به جای یکدیگر استفاده شوند و ویژگی ها کمی تغییر می کنند. در حالی که هنگامی که کلکتور و امیتر تریود به جای یکدیگر استفاده می شوند، ویژگی ها بسیار متفاوت است. مقدار β بسیار کاهش می یابد.
6. ضریب نویز ماسفت بسیار کم است. ماسفت باید تا حد امکان در مرحله ورودی مدارهای تقویت کننده کم نویز و مدارهایی که نیاز به نسبت سیگنال به نویز بالایی دارند استفاده شود.
7. هر دو ماسفت و ترانزیستور می توانند مدارهای تقویت کننده و مدارهای سوئیچینگ مختلفی را تشکیل دهند، اما اولی فرآیند تولید ساده ای دارد و مزایای مصرف برق کم، پایداری حرارتی خوب و محدوده ولتاژ منبع تغذیه گسترده را دارد. از این رو در مدارهای مجتمع با مقیاس بزرگ و بسیار بزرگ استفاده می شود.
8. ترانزیستور مقاومت روشن زیادی دارد، در حالی که MOSFET مقاومت روشن کمی دارد، فقط چند صد میلی اهم. در دستگاه های الکتریکی فعلی، ماسفت ها عموماً به عنوان کلید استفاده می شوند و راندمان آنها نسبتاً بالا است.
ماسفت محصور کننده WINSOK SOT-323
ماسفت در مقابل ترانزیستور دوقطبی
ماسفت وسیله ای است که با ولتاژ کنترل می شود و گیت اساساً جریانی نمی گیرد، در حالی که ترانزیستور یک دستگاه کنترل شده با جریان است و پایه باید جریان خاصی را بگیرد. بنابراین، زمانی که جریان نامی منبع سیگنال بسیار کم است، باید از ماسفت استفاده کرد.
ماسفت یک هادی چند حامل است، در حالی که هر دو حامل ترانزیستور در رسانایی شرکت می کنند. از آنجایی که غلظت حامل های اقلیت به شرایط خارجی مانند دما و تشعشع بسیار حساس است، ماسفت برای موقعیت هایی که محیط به شدت تغییر می کند مناسب تر است.
ماسفت‌ها علاوه بر استفاده به عنوان دستگاه‌های تقویت‌کننده و سوئیچ‌های قابل کنترل مانند ترانزیستور، می‌توانند به عنوان مقاومت‌های خطی متغیر با ولتاژ نیز مورد استفاده قرار گیرند.
منبع و زهکش ماسفت از نظر ساختار متقارن هستند و می توانند به جای یکدیگر مورد استفاده قرار گیرند. ولتاژ گیت منبع در حالت تخلیه ماسفت می تواند مثبت یا منفی باشد. بنابراین استفاده از ماسفت نسبت به ترانزیستورها انعطاف پذیرتر است.
زمان ارسال: اکتبر-13-2023
